(57)【要約】【課題】  放熱性を維持できる上、耐熱性及び耐光性が高い発光モジュールを提供する。【解決手段】  パッケージ(10)と、パッケージ(10)内に収容された基台(13)及び半導体多層膜(50)と、半導体多層膜(50)へ給電するための複数の端子部(16)とを含み、パッケージ(10)は、基台(13)を支持する金属製支持部(11b)と、端子部(16)のそれぞれを挿入するための複数の貫通孔(11c)と、金属製支持部(11b)と端子部(16)との間及び各々の端子部(16)間の電気的絶縁を保つ絶縁部材(11d)と、窓部(12a)とを含み、基台(13)は、半導体多層膜(50)と金属製支持部(11b)との間の電気的絶縁を保つ無機放熱材からなり、貫通孔(11c)のそれぞれは、一方の開口がパッケージ(10)の側面に設けられている発光モジュール(1)とする。【選択図】      図１
2006269678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージと、前記パッケージ内に収容された基台及び半導体多層膜と、前記半導体多層膜へ給電するための複数の端子部とを含む発光モジュールであって、
前記半導体多層膜は、発光層を含み、かつ前記基台上に設けられており、
前記パッケージは、前記基台を支持する金属製支持部と、前記端子部のそれぞれを挿入するための複数の貫通孔と、前記金属製支持部と前記端子部との間及び各々の前記端子部間の電気的絶縁を保つ絶縁部材と、前記発光層から発せられた光の少なくとも一部が透過する窓部とを含み、
前記基台は、前記半導体多層膜と前記金属製支持部との間の電気的絶縁を保つ無機放熱材からなり、
前記貫通孔のそれぞれは、一方の開口が前記パッケージの側面に設けられていることを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
前記パッケージは、ベースと、前記ベースと接合するキャップとからなり、
前記ベースは、その底部の少なくとも一部が前記金属製支持部からなる凹部と、前記複数の貫通孔と、前記絶縁部材とを含み、
前記キャップは、前記窓部を含む請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記凹部は、開口側に広がる斜面を有している請求項２に記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記発光層から発せられる光は、波長が２００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下である請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項５】
前記窓部の内面に設けられた金属酸化物層を更に含む請求項１又は請求項２に記載の発光モジュール。
【請求項６】
前記パッケージの内壁の少なくとも一部に設けられ、前記発光層から発せられた光の少なくとも一部を吸収して蛍光を発する蛍光体層を更に含む請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項７】
前記パッケージの内壁の少なくとも一部と前記蛍光体層との間に介在する金属酸化物層を更に含む請求項６に記載の発光モジュール。
【請求項８】
前記窓部を除く前記パッケージの内壁の少なくとも一部に設けられ、前記発光層から発せられた光の少なくとも一部を反射する第１光反射層を更に含む請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項９】
前記基台と前記半導体多層膜との間に介在し、前記発光層から発せられた光の少なくとも一部を反射する第２光反射層を更に含む請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項１０】
前記パッケージ内には、乾燥ガスが封入されている請求項１，２，６〜８のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体多層膜を含むＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）チップは、液晶のバックライト用光源やメータ等のインジケータ、あるいはディスプレイの光源や読み取りセンサの光源等に利用されている。特に近年では、ＬＥＤチップの高光出力化や、ＬＥＤチップから取り出される光の短波長化が進んでいるため、ＬＥＤチップの照明光源としての応用が考えられている。例えば、特許文献１には、多数のＬＥＤチップをカード状の基板に高密度実装することにより、高光出力を実現できる発光モジュールが提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１２４５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＬＥＤチップは使用時に多量の熱を発するため、発光モジュールに適用する際は、通常、何らかの放熱手段が用いられる。例えば、上述した特許文献１の発光モジュールでは、金属基板上に有機材料からなる電気絶縁層を介してＬＥＤチップを実装することにより、ＬＥＤチップから発生する熱を、電気絶縁層を介して金属基板から放熱している。しかし、この放熱手段では、電気絶縁層を構成する有機材料がＬＥＤチップから発生する熱や光により劣化することによって、電気絶縁層にクラックが発生する可能性がある。電気絶縁層にクラックが発生すると、ＬＥＤチップへ給電した際、このクラックを介してリーク電流が発生するため、ＬＥＤチップを発光させることができなくなるおそれがある。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、放熱性を維持できる上、耐熱性及び耐光性が高い発光モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の発光モジュールは、パッケージと、前記パッケージ内に収容された基台及び半導体多層膜と、前記半導体多層膜へ給電するための複数の端子部とを含む発光モジュールであって、
前記半導体多層膜は、発光層を含み、かつ前記基台上に設けられており、
前記パッケージは、前記基台を支持する金属製支持部と、前記端子部のそれぞれを挿入するための複数の貫通孔と、前記金属製支持部と前記端子部との間及び各々の前記端子部間の電気的絶縁を保つ絶縁部材と、前記発光層から発せられた光の少なくとも一部が透過する窓部とを含み、
前記基台は、前記半導体多層膜と前記金属製支持部との間の電気的絶縁を保つ無機放熱材からなり、
前記貫通孔のそれぞれは、一方の開口が前記パッケージの側面に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の発光モジュールによれば、半導体多層膜から発生する熱を基台及び金属製支持部を介して放熱することができる。更に、端子部を挿入するための貫通孔の一方の開口が、パッケージの側面に設けられているため、パッケージの側面から半導体多層膜へ給電することが可能となる。これにより、パッケージの金属製支持部側の表面に放熱体を直に接触させることが可能となるため、放熱性を良好に維持できる。また、基台が無機材料からなるため、耐熱性及び耐光性の高い発光モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の発光モジュールは、パッケージと、パッケージ内に収容された基台及び半導体多層膜と、半導体多層膜へ給電するための複数の端子部とを含む。また、半導体多層膜は発光層を含み、かつ基台上に設けられている。
【０００８】
半導体多層膜としては、例えば第１導電型層と発光層と第２導電型層とがこの順に積層されたダイオード構造を有するものが使用できる。第１導電型層としては、例えばｐ型半導体層であるｐ−ＧａＮ層やｐ−ＡｌＧａＩｎＮ層等、あるいはｎ型半導体層であるｎ−ＧａＮ層やｎ−ＡｌＧａＩｎＮ層等を使用することができる。発光層は、特に限定されないが、波長が２００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下（特に、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下）の光を発することができる発光層を用いると、本発明の効果（例えば耐光性）が効果的に発揮されるため好ましい。このような発光層としては、例えばＡｌＧａＩｎＮ多重量子井戸発光層等が挙げられる。第２導電型層は、第１導電型層と逆の導電型層であればよく、例えばｐ型半導体層であるｐ−ＧａＮ層やｐ−ＡｌＧａＩｎＮ層等、あるいはｎ型半導体層であるｎ−ＧａＮ層やｎ−ＡｌＧａＩｎＮ層等を使用することができる。また、半導体多層膜の構成材料として、ＧａＮ系以外の材料（例えばＺｎＳ系材料やＺｎＯ系材料等）を用いてもよい。ＧａＮ系以外の材料を使用する場合も、上述と同様に波長が２００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の光を発する発光層を含む半導体多層膜を用いると、本発明の効果（例えば耐光性）が効果的に発揮されるため好ましい。ｐ型半導体層、発光層及びｎ型半導体層の厚みは、例えばそれぞれ０．１〜０．５μｍ、０．０１〜０．１μｍ及び０．５〜３μｍとすればよい。なお、第１導電型層、発光層及び第２導電型層は、それぞれ単層からなるものでもよいし、複数層からなるものでもよい。複数層からなる場合は、構成層のそれぞれが互いに異なる材料からなるものであってもよい。
【０００９】
端子部の構成材料は、半導体多層膜へ給電することができる材料であれば特に限定されず、例えば、鉄や銅、これらを含む合金等の金属が使用できる。また、ワイヤボンドによる接続を確実に行うために、上述した金属からなる芯材の表面が金めっき処理されたものを端子部として使用することもできる。また、端子部の形状についても特に限定されず、例えば棒状、平板状等の形状とすればよい。棒状の端子部を使用する場合は、その径が、例えば０．３〜１ｍｍ程度であればよい。また、端子部の数についても特に限定されず、少なくとも一対の端子部（ｐ型半導体層側の端子部とｎ型半導体層側の端子部）を備えていればよい。
【００１０】
基台及び半導体多層膜を収容するパッケージは、基台を支持する金属製支持部と、端子部のそれぞれを挿入するための複数の貫通孔と、上記金属製支持部と上記端子部との間及び各々の上記端子部間の電気的絶縁を保つ絶縁部材と、発光層から発せられた光の少なくとも一部が透過する窓部とを含む。
【００１１】
基台は、半導体多層膜と金属製支持部との間の電気的絶縁を保つ無機放熱材からなる。これにより、半導体多層膜と金属製支持部とを電気的に絶縁できる上、半導体多層膜から発生する熱を基台及び金属製支持部を介して放熱することができる。また、基台が無機材料からなるため、耐熱性及び耐光性の高い発光モジュールを提供することができる。上記無機放熱材としては、例えばＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、高純度Ｓｉ、高純度ＳｉＣ等の放熱性が高い無機材料が使用できる。また、基台は、全てが電気的絶縁材料で構成されている必要はない。半導体多層膜と金属製支持部との間の電気的絶縁を保つことができればよく、例えば基台として、低抵抗な半導体Ｓｉ基板の少なくとも一主面がＳｉＯ2膜等の無機絶縁膜で覆われたものを使用することもできる。なお、基台の厚みは、例えば０．０５〜１ｍｍ程度である。
【００１２】
端子部のそれぞれを挿入するための貫通孔の数及びその形状は、端子部の数及びその形状に応じて設定すればよい。そして、この貫通孔のそれぞれは、一方の開口がパッケージの側面に設けられている。これにより、パッケージの側面から半導体多層膜へ給電することが可能となる。よって、端子部に干渉されることなくパッケージの金属製支持部側の表面（底面）に放熱体を直に接触させることが可能となるため、放熱性を良好に維持できる。
【００１３】
金属製支持部と端子部との間及び各々の端子部間の電気的絶縁を保つ絶縁部材の構成材料は、特に限定されず、例えばホウ珪酸ガラス等のガラスを用いることができる。また、この絶縁部材は、例えば各々の上記貫通孔の外周部に形成すればよい。
【００１４】
窓部の構成材料は、発光層から発せられた光の少なくとも一部が透過することができる限り特に限定されない。例えば、波長が２００ｎｍ以上の光を透過させる場合は、石英やＡｌＮ等を用いることができ、波長が３５０ｎｍ以上の光を透過させる場合は、サファイア等を用いることができる。また、波長が３８０ｎｍ以上の光を透過させる場合は、ホウ珪酸ガラス等のガラス等を用いることができる。窓部の厚みは、例えば０．５〜１ｍｍ程度である。
【００１５】
また、本発明の発光モジュールは、上記パッケージが、ベースと、このベースと接合するキャップとからなる発光モジュールであってもよい。この場合、上記ベースは、その底部の少なくとも一部が上記金属製支持部からなる凹部と、上記複数の貫通孔と、上記絶縁部材とを含み、上記キャップは、上記窓部を含むことが好ましい。この構成によれば、ベースに収容された半導体多層膜と、ベースの貫通孔に挿入された端子部とを電気的に接続した後で、ベースとキャップとを接合して発光モジュールを組み立てることができるため、発光モジュールの生産性が向上する。また、上記凹部は、開口側に広がる斜面を有していることが好ましい。発光層から発せられた光を窓部側へ反射することができるため、発光モジュールの光の取り出し効率が向上するからである。
【００１６】
また、本発明の発光モジュールは、上記パッケージの内壁の少なくとも一部に設けられ、上記発光層から発せられた光の少なくとも一部を吸収して蛍光を発する蛍光体層を更に含む発光モジュールであってもよい。この構成によれば、例えば青色光を発する発光層と、青色光を吸収して黄色光や赤色光を発する蛍光体層とを組み合わせることによって、白色光を取り出すことができるため、照明装置に適した発光モジュールを提供することができる。蛍光体層の厚みは、例えば２０〜５００μｍ程度である。
【００１７】
上記蛍光体層を構成する蛍光体としては、例えば青色光で励起する蛍光体として、ガーネット構造系Ｙ3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12:Ｃｅ3+、シリケート系（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4:Ｅｕ2+等の緑色光を発する蛍光体や、サイアロン系Ｃａ-Ａｌ-Ｓｉ-Ｏ-Ｎ:Ｅｕ2+、シリケート系（Ｓｒ，Ｃａ）2ＳｉＯ4:Ｅｕ2+、ガーネット構造系（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12:Ｃｅ3+等の黄色光を発する蛍光体や、ニトリドシリケート系Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8:Ｅｕ2+、ニトリドアルミノシリケート系ＣａＡｌＳｉＮ3:Ｅｕ2+、オクソニトリドアルミノシリケート系Ｓｒ2Ｓｉ4ＡｌＯＮ7:Ｅｕ2+、硫化物系ＣａＳ:Ｅｕ2+等の赤色光を発する蛍光体等が挙げられる。また、例えば４２０ｎｍ以下の光で励起する蛍光体として、（Ｓｒ，Ｃａ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2:Ｅｕ2+、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17:Ｅｕ2+等の青色光を発する蛍光体や、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｍｎ2+、ＳｒＡｌ2Ｏ4:Ｅｕ2+、シリケート系（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+等の緑色光を発する蛍光体や、サイアロン系Ｃａ-Ａｌ-Ｓｉ-Ｏ-Ｎ:Ｅｕ2+、シリケート系（Ｓｒ，Ｃａ）2ＳｉＯ4:Ｅｕ2+等の黄色光を発する蛍光体や、ニトリドシリケート系Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8:Ｅｕ2+、ニトリドアルミノシリケート系ＣａＡｌＳｉＮ3:Ｅｕ2+、オクソニトリドアルミノシリケート系Ｓｒ2Ｓｉ4ＡｌＯＮ7:Ｅｕ2+、ＬＯＳ系Ｌａ2Ｏ2Ｓ:Ｅｕ3+等の赤色光を発する蛍光体等が挙げられる。
【００１８】
また、本発明の発光モジュールは、上記窓部の内面に設けられた金属酸化物層を更に含む発光モジュールであってもよい。金属酸化物層は紫外線を反射するため、本発明の発光モジュールを可視光源として使用する際に、窓部からの紫外線（有害光）の出射を防ぐことができる。また、本発明の発光モジュールが上記蛍光体層を含む場合は、上記パッケージの内壁の少なくとも一部と上記蛍光体層との間に介在する金属酸化物層を更に含んでいてもよい。例えば、蛍光体層が紫外線で励起する蛍光体を含む場合、蛍光体層を透過した紫外線を上記金属酸化物層により蛍光体層側へ反射することができるため、蛍光体層の励起効率を上げることができる。上述した金属酸化物層を構成する金属酸化物としては、例えばＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＺｎＯ、Ｙ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＳｎＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＢａＳＯ4、ＺｎＳ、Ｖ2Ｏ5等からなる金属酸化物微粒子を使用することができる。また、これらの金属酸化物微粒子は、１種類を単独で使用してもよいし、２種類以上を混合して使用してもよい。また、紫外線を効率良く反射させるためには、金属酸化物微粒子の粒径が０．００１〜０．５μｍであることが好ましい。金属酸化物層の厚みは、例えば０．１〜１μｍ程度である。
【００１９】
また、本発明の発光モジュールは、上記窓部を除く上記パッケージの内壁の少なくとも一部に設けられ、上記発光層から発せられた光の少なくとも一部を反射する第１光反射層を更に含む発光モジュールであってもよい。発光層から発せられた光を窓部側へ反射することができるため、発光モジュールの光の取り出し効率が向上するからである。このような第１光反射層としては、例えばＡｇ、Ａｕ、Ａｌ等の金属からなるめっき膜や蒸着膜等が使用できる。第１光反射層の厚みは、例えば０．５〜３μｍ程度である。なお、本発明の発光モジュールが上記蛍光体層を含む場合、上記第１光反射層は、上記発光層及び上記蛍光体層から発せられた光の少なくとも一部を反射する光反射層であってもよい。
【００２０】
また、本発明の発光モジュールは、上記基台と上記半導体多層膜との間に介在し、上記発光層から発せられた光の少なくとも一部を反射する第２光反射層を更に含む発光モジュールであってもよい。発光層から発せられた光を窓部側へ反射することができるため、発光モジュールの光の取り出し効率が向上するからである。このような第２光反射層の構成材料としては、例えばＲｈ／Ｐｔ／Ａｕ等が例示できる。第２光反射層の厚みは、例えば０．５〜３μｍ程度である。
【００２１】
また、本発明の発光モジュールは、上記パッケージ内に、乾燥ガス（乾燥空気、乾燥窒素ガス、乾燥アルゴン等）が封入されていることが好ましい。この構成によれば、パッケージ内において水分で加速される金属マイグレーションを抑制することができるため、例えば金属マイグレーションに起因するリーク電流を抑制することができる。以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２２】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る発光モジュールについて図面を参照して説明する。参照する図１Ａ〜Ｄは、第１実施形態に係る発光モジュールの説明図であり、このうち、図１Ａは第１実施形態に係る発光モジュールの上面図、図１Ｂは図１Ａに示す発光モジュールのキャップを外した状態の上面図、図１Ｃは図１ＡのI-I線断面図、図１Ｄは図１Ｃに示す発光モジュールに使用されるＬＥＤチップ及び基台の拡大断面図である。
【００２３】
図１Ｃに示すように、第１実施形態に係る発光モジュール１は、凹部１１ａを有するベース１１と、ベース１１と接合するキャップ１２とからなるパッケージ１０を含む。ベース１１とキャップ１２との接合は、例えば不活性ガス雰囲気下において、ベース１１及びキャップ１２のそれぞれの外縁部同士を押さえつけた状態でシーム溶接（数アンペア程度のパルス電流を用いた溶接）すればよい。また、パッケージ１０内には、図１Ａに示すように、複数の基台１３と、各基台１３上に設けられた、半導体多層膜５０（図１Ｄ参照）を含むＬＥＤチップ１４とが収容されている。また、図１Ｂに示すように、それぞれのＬＥＤチップ１４は、基台１３上に設けられた給電端子５５（図１Ｄ参照）とワイヤ１５とを介して互いに電気的に接続されている。また、ＬＥＤチップ１４へ給電するための２本の端子部１６が、ワイヤ１５と基台１３上に設けられた給電端子５５（図１Ｄ参照）とを介してＬＥＤチップ１４と電気的に接続されている。なお、本実施形態では、端子部１６を２本用いたが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤチップ１４の配置状態や接続状態により３本以上の端子部１６を用いてもよい。
【００２４】
図１Ｃに示すように、ベース１１は、基台１３を支持する金属製支持部１１ｂと、ベース１１の側面に設けられた、端子部１６のそれぞれを挿入するための２つの貫通孔１１ｃ（図１Ｃでは１つのみ図示）と、貫通孔１１ｃの外周に形成された、金属製支持部１１ｂと端子部１６との間及び各々の端子部１６間の電気的絶縁を保つ絶縁部材１１ｄとを含む。また、基台１３は、金属製支持部１１ｂ上に半田１７を介して接着されている。この基台１３は、ＬＥＤチップ１４と金属製支持部１１ｂとの間の電気的絶縁を保つ無機放熱材からなる。また、キャップ１２は、ＬＥＤチップ１４（即ち、図１Ｄに示す発光層５０ｂ）から発せられた光の少なくとも一部が透過する窓部１２ａと、窓部１２ａの外周に設けられたフレーム部１２ｂと、窓部１２ａとフレーム部１２ｂとを接続する接続部材１２ｃとを含む。
【００２５】
図１Ｄに示すように、ＬＥＤチップ１４は、半導体多層膜５０と、半導体多層膜５０を支持するｎ−ＧａＮ基板５１と、半導体多層膜５０に設けられた電極５２及び電極５３とを含む。半導体多層膜５０は、ｎ−ＧａＮ基板５１側から順に積層されたｎ型半導体層５０ａ、発光層５０ｂ及びｐ型半導体層５０ｃからなる。電極５２は、ｐ型半導体層５０ｃに接触して形成されており、電極５３は、ｎ型半導体層５０ａに接触して形成されている。そして、電極５２，５３は、それぞれ基台１３上に設けられた給電端子５５とＡｕバンプ５４を介して電気的に接続されている。また、基台１３は、半田１７（図１Ｃ参照）との接触面がＴｉ／Ａｕめっき膜５６で覆われている。電極５２の構成材料としては、発光層５０ｂから発せられた光の少なくとも一部を反射する材料(例えばＲｈ／Ｐｔ／Ａｕ等)を使用するのが好ましい。発光層５０ｂから発せられた光を窓部１２ａ（図１Ｃ参照）側へ反射することができるため、発光モジュール１の光の取り出し効率が向上するからである。この場合の電極５２は、上述した「第２光反射層」に相当する。電極５３の構成材料は、特に限定されず、例えばＴｉ／Ａｕ等を使用することができる。給電端子５５の構成材料としては、電極５２の場合と同様の理由により、発光層５０ｂから発せられた光の少なくとも一部を反射する材料(例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｌ等)を使用するのが好ましい。
【００２６】
このように構成された発光モジュール１によれば、ＬＥＤチップ１４から発生する熱を基台１３、Ｔｉ／Ａｕめっき膜５６、半田１７及び金属製支持部１１ｂを介して放熱することができる。また、基台１３が無機材料からなるため、耐熱性及び耐光性の高い発光モジュール１とすることができる。更に、貫通孔１１ｃがベース１１の側面に設けられているため、ベース１１の側面からＬＥＤチップ１４へ給電することができる。よって、ベース１１の底面（金属製支持部１１ｂの底面）に放熱体（図示せず）を直に接触させることが可能となるため、発光モジュール１の放熱性を良好に維持できる。なお、パッケージ１０内において水分で加速される金属マイグレーションを抑制するためには、パッケージ１０内に乾燥ガス（乾燥空気、乾燥窒素ガス、乾燥アルゴン等）が封入されていることが好ましい。
【００２７】
次に、発光モジュール１における各構成要素の材料の一例、及び発光モジュール１の寸法の一例について説明する。金属製支持部１１ｂ及びフレーム部１２ｂには、熱膨張係数が５×１０-6／℃〜１×１０-5／℃の金属が好適に使用できる。このような金属として、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金であるコバール（Westinghouse Ele.Corp.社の商標）が例示できる。絶縁部材１１ｄ及び窓部１２ａには、例えばホウ珪酸ガラスが使用できる。特に、フレーム部１２ｂの構成材料としてコバールを使用する場合に、窓部１２ａの構成材料としてホウ珪酸ガラスを使用すると、コバールの熱膨張係数とホウ珪酸ガラスの熱膨張係数との差が小さいため、窓部１２ａとフレーム部１２ｂとの接続箇所の破損を防止することができる。接続部材１２ｃには、例えばＰｂＯ等の低融点ガラスが使用できる。また、基台１３には、例えばＡｌＮ、サファイア等が使用できる。また、パッケージ１０の寸法については、例えば、２５ｍｍ角で厚みが３ｍｍ程度のものが使用できる。なお、窓部１２ａにホウ珪酸ガラスを使用し、フレーム部１２ｂにコバールを使用し、接続部材１２ｃに低融点ガラスを使用する場合において、窓部１２ａとフレーム部１２ｂとを接続する際は、まず、フレーム部１２ｂにおける窓部１２ａとの接続箇所をニッケルめっき処理した後、このニッケルめっき膜上に低融点ガラス微粒子（接続部材１２ｃ）を塗布する。そして、この低融点ガラス微粒子を介して窓部１２ａとフレーム部１２ｂとを貼り合せた後、４００℃程度で加熱してこれらを接続すればよい。
【００２８】
以上、発光モジュール１における各構成要素の材料の一例、及び発光モジュール１の寸法の一例について説明したが、これらは発光モジュール１の用途により適宜設定すればよい。例えば、上記例では窓部１２ａの構成材料としてホウ珪酸ガラスを例示し、フレーム部１２ｂの構成材料としてコバールを例示したが、窓部１２ａの構成材料の熱膨張係数とフレーム部１２ｂの構成材料の熱膨張係数との差が１×１０-6／℃以下であれば、上記例に挙げた材料以外の材料を使用しても、窓部１２ａとフレーム部１２ｂとの接続箇所の破損を防止することができる。
【００２９】
また、ベース１１の底部を放熱体（図示せず）等に安定して固定するためには、ベース１１の高さを５ｍｍ以下とし、ベース１１の最狭幅をベース１１の高さの２倍以上とすればよい。また、ベース１１とキャップ１２との接合部分の強度を確保するためには、ベース１１とキャップ１２とが接合する箇所のそれぞれの厚みが、０．３〜１ｍｍであることが好ましく、０．５〜１ｍｍであることがより好ましい。また、ＬＥＤチップ１４から発生する熱の放熱性を良好に維持した上で、ベース１１の機械的強度を確保するためには、ベース１１の底部の厚みが０．１〜０．３ｍｍであることが好ましく、０．１〜０．２ｍｍであることがより好ましい。
【００３０】
また、上記実施形態では、ＬＥＤベアチップをＡｌＮ等からなる基台にフリップチップ実装した例について説明したが、本発明に使用できるＬＥＤベアチップ（又は半導体多層膜）及び基台の組み合わせはこれに限定されない。例えば、放熱性を有する無機絶縁基板（例えばサファイア基板等）上にＧａＮ系半導体多層膜をエピタキシャル成長させたＧａＮ系ＬＥＤベアチップ（以下、「汎用ＬＥＤベアチップ」ともいう）を用いてもよい。この構成では、無機絶縁基板が基台に相当する。
【００３１】
また、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、高純度Ｓｉ等からなるサブマウント基板上にＬＥＤベアチップをフリップチップ実装したものを使用してもよい。この構成では、サブマウント基板が基台に相当する。この場合、サブマウント基板の構成材料は、全てが電気的絶縁材料で構成されている必要はない。ＬＥＤベアチップと金属製支持部との間の電気的絶縁を保つことができればよく、例えばサブマウント基板として、低抵抗な半導体Ｓｉ基板の少なくとも一主面がＳｉＯ2膜等の無機絶縁膜で覆われたものを使用することもできる。
【００３２】
また、特開２００４−１４９３８号公報に開示された方法等により、半導体多層膜をエピタキシャル成長させる際に使用した単結晶基板が除去された状態で、半導体多層膜が、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、高純度Ｓｉ等からなるサブマウント基板（基台）上に実装されたものを使用することもできる。
【００３３】
また、半導体ＳｉＣ基板上に上述した汎用ＬＥＤベアチップを実装したものを使用することもできる。この構成では、汎用ＬＥＤベアチップの無機絶縁基板側を半導体ＳｉＣ基板に向けて実装すれば、汎用ＬＥＤベアチップの半導体多層膜と金属製支持部との間の電気的絶縁を保つことができる。この場合、汎用ＬＥＤベアチップの無機絶縁基板及び半導体ＳｉＣ基板が基台に相当する。
【００３４】
また、銅やアルミニウム等からなる金属製サブマウント基板上に、上述した汎用ＬＥＤベアチップを実装したものを使用することもできる。この構成では、汎用ＬＥＤベアチップの無機絶縁基板側を金属製サブマウント基板に向けて実装すれば、汎用ＬＥＤベアチップの半導体多層膜と金属製支持部との間の電気的絶縁を保つことができる。この場合、汎用ＬＥＤベアチップの無機絶縁基板及び金属製サブマウント基板が基台に相当する。また、金属製サブマウント基板の少なくとも一主面にホーロー等からなる電気絶縁層を設けてもよい。
【００３５】
次に、上述した発光モジュール１の細部のバリエーションについて図面を参照して説明する。参照する図２Ａ〜Ｇは、発光モジュール１の細部のバリエーションを示す拡大断面図であり、このうち、図２Ａ，Ｂは図１ＣのＸ部のバリエーションを示す拡大断面図、図２Ｃ，Ｄは図１ＣのＹ部のバリエーションを示す拡大断面図、図２Ｅ〜Ｇは図１ＣのＺ部のバリエーションを示す拡大断面図である。なお、図２Ａ〜Ｇにおいて、図１Ａ〜Ｄと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
図１ＣのＸ部については、例えば発光モジュール１を紫外光源として利用する場合、図２Ａに示すように窓部１２ａのみで構成することができる。一方、可視光源として利用する場合は、図２Ｂに示すように、窓部１２ａの内面に金属酸化物層５及び蛍光体層６を順次積層した構成とすればよい。この構成によれば、ＬＥＤチップ１４からの光の少なくとも一部を蛍光体層６が吸収して蛍光を発することにより、例えば白色光を取り出すことができるため、照明装置に適した発光モジュール１とすることができる。また、例えば蛍光体層６が紫外線で励起する蛍光体を含む場合、蛍光体層６を透過した紫外線を金属酸化物層５により蛍光体層６側へ反射することができるため、蛍光体層６の励起効率を上げることができる。更に、窓部１２ａの内面に金属酸化物層５が設けられているため、窓部１２ａからの紫外線（有害光）の出射を防止することができる。これにより、発光モジュール１を可視光源として使用する際に、安全性を確保することができる。
【００３７】
図１ＣのＹ部については、金属製支持部１１ｂのみで構成してもよいが、図２Ｃに示すように、金属製支持部１１ｂ上に、ＬＥＤチップ１４からの光の少なくとも一部を反射する第１光反射層７を設けてもよい。ＬＥＤチップ１４から発せられた光を窓部１２ａ側へ反射することができるため、発光モジュール１の光の取り出し効率が向上するからである。この場合、第１光反射層７の構成材料として、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等の熱伝導率の高い金属（１００〜５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度）を用いると、発光モジュール１の放熱性を向上させることもできる。また、図２Ｄに示すように、第１光反射層７上に金属酸化物層５及び蛍光体層６を順次積層した構成とすると、上述した図２Ｂと同様の効果も得られる。
【００３８】
図１ＣのＺ部については、図２Ｅに示すように、金属製支持部１１ｂと、金属製支持部１１ｂ上に積層された第１光反射層７と、第１光反射層７上に半田１７を介して接着された基台１３と、基台１３上に設けられたＬＥＤチップ１４とを備えた構成としてもよいし、例えば白色光を光源として利用する場合、図２Ｆに示すように、図２Ｅの構成に加えてＬＥＤチップ１４を覆う蛍光体層６を設けてもよい。また、図１ＣのＹ部が図２Ｄに示す構成を有する場合、図２Ｇに示すように、ＬＥＤチップ１４と基台１３と金属酸化物層５とを覆う蛍光体層６を設けてもよい。
【００３９】
次に、上述した金属酸化物層５及び蛍光体層６の形成方法の一例について説明する。まず、金属酸化物層５の形成方法の一例について説明する。溶媒（水、ニトロセルロース等）に、金属酸化物微粒子（例えばアルミナ微粒子等）を分散させてスラリーを調製し、このスラリーをスプレー法やスピンコート法等の手段を用いてパッケージ１０の内壁の所望の箇所に塗布する。その後、数百度で３０分間程度乾燥することにより金属酸化物層５が得られる。なお、この作業を繰り返すことにより金属酸化物層５の厚みを厚くすることができる。また、金属酸化物微粒子を複数種用いて上記作業を繰り返すことにより、金属酸化物層５を多層化することもできる。
【００４０】
続いて、蛍光体層６の形成方法の一例について説明する。まず第１の方法は、金属アルコキシド（メチルシリケート、Ｎブチルシリケート等）を加水分解してゾル化した後、このゾルの粘度をエチレングリコール等のアルコール類を用いて所定の値に調整し、このゾルに蛍光体を分散してペーストを調製する。そして、このペーストをパッケージ１０の内壁の所望の箇所に塗布し、２００℃で数十分間乾燥した後、３００℃で２時間程度加熱することで、ＳｉＯ2で固着した蛍光体層６が得られる。第２の方法は、ターピネオール等の溶媒に、固着剤となる酸化リンや酸化ボロン等と蛍光体とを分散してペーストを調製する。そして、このペーストをパッケージ１０の内壁の所望の箇所に塗布し、３００℃程度の温度で加熱することで、蛍光体層６が得られる。第３の方法は、ゾル状のシリコーン樹脂に蛍光体を分散したペーストを、パッケージ１０の内壁の所望の箇所に塗布する。そして、これを１５０℃程度で加熱して硬化（ゲル化）させることにより、蛍光体層６が得られる。なお、上記第２又は第３の方法を使用する際、スクリーン印刷法によりペーストを塗布する場合は、このペーストに金属酸化物（例えばシリカ等）の超微粒子（１〜５００ｎｍ程度）を分散させてチクソ性を与えると、蛍光体層６をスクリーン孔版に応じた所望の形状に形成することができる（例えば図２Ｆ参照）。また、上記第１、第２又は第３の方法を使用する場合、上記ペーストに金属酸化物（例えばチタニア等）の微粒子（１〜５μｍ程度）を添加することで、得られる蛍光体層６から出射する光が散乱するため、蛍光体層６から出射する光の分布を均一化できる。
【００４１】
次に、上述した第１実施形態に係る発光モジュール１を発光装置に使用した例について図面を参照して説明する。参照する図３Ａ〜Ｄは、第１実施形態に係る発光モジュール１を用いた発光装置の説明図であり、このうち、図３Ａはソケットの上面図、図３Ｂはソケットの側面図、図３Ｃは図３Ａのソケットに第１実施形態に係る発光モジュール１が差し込まれた状態の上面図、図３Ｄは図３Ｂのソケットに第１実施形態に係る発光モジュール１が差し込まれた状態の側面図である。なお、図３Ａ〜Ｄにおいて、図１Ａ〜Ｄと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
発光装置９（図３Ｃ，Ｄ参照）に使用されるソケット１８は、図３Ａ，Ｂに示すように、ガイド溝１８ａと、端子部１６（図３Ｃ参照）が挿入される端子挿入部１８ｂとを含む。また、端子挿入部１８ｂ内には、端子部１６と電気的に接続されるケーブル１９が挿入されている。ここで、ガイド溝１８ａと端子挿入部１８ｂとは、互いの位置が、例えば±０．１ｍｍ程度の精度で規制されている。これにより、ソケット１８に発光モジュール１を差し込む際は、ガイド溝１８ａに沿って発光モジュール１をスライドさせることにより、図３Ｃ，Ｄに示すように、端子挿入部１８ｂ内に、端子部１６を挿入することができる。
【００４３】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る発光モジュールについて図面を参照して説明する。参照する図４Ａ〜Ｃは、第２実施形態に係る発光モジュールの説明図であり、このうち、図４Ａは第２実施形態に係る発光モジュールの上面図、図４Ｂは図４Ａに示す発光モジュールのキャップを外した状態の上面図、図４Ｃは図４ＡのII-II線断面図である。なお、図４Ａ〜Ｃにおいて、図１Ａ〜Ｄと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４４】
図４Ａ〜Ｃに示すように、第２実施形態に係る発光モジュール２は、上述した第１実施形態に係る発光モジュール１（図１Ａ〜Ｄ参照）に対し、ＬＥＤチップ１４の接続状態及び端子部１６の本数が異なる。また、ＬＥＤチップ１４の数に応じて凹部１１ａ（図４Ｃ参照）が設けられており、それぞれのＬＥＤチップ１４は、凹部１１ａにより区分けされている。これにより、各凹部１１ａ間を仕切る箇所１１１ａ（図４Ｃ参照）が梁の役目を果たすため、パッケージ１０の機械的強度が向上する。また、凹部１１ａは、開口側に広がる斜面を有している。これにより、ＬＥＤチップ１４から発せられた光を窓部１２ａ側へ反射することができるため、発光モジュール２の光の取り出し効率が向上する。また、発光モジュール２は、各凹部１１ａ間に配置された絶縁部材１１ｄ’を貫通するリード端子１６’を更に含む。これにより、リード端子１６’を介して各ＬＥＤチップ１４に給電することができる。その他の構成は、上述した第１実施形態に係る発光モジュール１と同様である。よって、第２実施形態に係る発光モジュール２によっても、第１実施形態に係る発光モジュール１と同様の効果を発揮することができる。なお、第２実施形態に係る発光モジュール２を発光装置に使用する際は、端子挿入部１８ｂ（図３Ａ，Ｂ参照）の個数が異なること以外は上述した図３Ａ，Ｂに示すソケットと同様のソケットを２つ（一対）用いて発光装置を構成することができる。
【００４５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る発光モジュールについて図面を参照して説明する。参照する図５Ａ〜Ｃは、第３実施形態に係る発光モジュールの説明図であり、このうち、図５Ａは第３実施形態に係る発光モジュールの上面図、図５Ｂは図５Ａに示す発光モジュールのキャップを外した状態の上面図、図５Ｃは図５ＡのIII-III線断面図である。なお、図５Ａ〜Ｃにおいて、図４Ａ〜Ｃと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４６】
図５Ａ〜Ｃに示すように、第３実施形態に係る発光モジュール３は、上述した第２実施形態に係る発光モジュール２（図４Ａ〜Ｃ参照）に対し、ＬＥＤチップ１４の数、ＬＥＤチップ１４の配置状態、ＬＥＤチップ１４の接続状態及びパッケージ１０の形状が異なる。また、図５Ｃに示すように、貫通孔１１ｃがＬ字状に形成されており、この貫通孔１１ｃにＬ字状の端子部１６が挿入されている。また、それぞれのＬＥＤチップ１４は、端子部１６におけるパッケージ１０内に位置する端部１６ａ（図５Ｂ，Ｃ参照）を介して電気的に接続されている。その他の構成は、上述した第２実施形態に係る発光モジュール２と同様である。よって、第３実施形態に係る発光モジュール３によっても、第２実施形態に係る発光モジュール２と同様の効果を発揮することができる。
【００４７】
次に、上述した第３実施形態に係る発光モジュール３を発光装置に使用した例について図面を参照して説明する。参照する図６Ａ〜Ｄは、第３実施形態に係る発光モジュール３を用いた発光装置の説明図であり、このうち、図６Ａはソケットの上面図、図６Ｂは図６Ａのソケットに第３実施形態に係る発光モジュール３が差し込まれた状態の上面図、図６Ｃは図６Ｂの状態から更に押さえカバーを取り付けた状態を示す上面図、図６Ｄは図６ＣのIV-IV線断面図である。なお、図６Ａ〜Ｄにおいて、図５Ａ〜Ｃと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
発光装置３０（図６Ｃ参照）に使用されるソケット３１は、図６Ａに示すように、端子部１６（図６Ｂ参照）が挿入される端子挿入部３１ａと、位置規制ピン３１ｂとを含む。また、端子挿入部３１ａ内には、端子部１６と電気的に接続されるケーブル１９（図６Ｄ参照）が挿入されている。発光装置３０を構成する際は、図６Ｂに示すように、ソケット３１の端子挿入部３１ａのそれぞれに発光モジュール３の端子部１６が挿入されるように、ソケット３１上に発光モジュール３を配置する。この際、位置規制ピン３１ｂにより、端子部１６と端子挿入部３１ａとの間において互いの位置が規制されるため、電気極性を誤ることなく発光モジュール３を取り付けることができる。そして、図６Ｃに示すように、押さえカバー３２をソケット３１（図６Ｂ参照）に取り付ける。ソケット３１及び押さえカバー３２には、図６Ｄに示すように、それぞれネジ部が設けられているため、ソケット３１と押さえカバー３２とは螺合により固定することができる。
【００４９】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る発光モジュールについて図面を参照して説明する。参照する図７Ａ〜Ｄは、第４実施形態に係る発光モジュールの説明図であり、このうち、図７Ａは第４実施形態に係る発光モジュールの上面図、図７Ｂは図７Ａに示す発光モジュールのキャップを外した状態の上面図、図７Ｃは図７ＡのV-V線断面図、図７Ｄは図７ＡのVI-VI線断面図である。なお、図７Ａ〜Ｄにおいて、図５Ａ〜Ｃと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５０】
図７Ａ，Ｂに示すように、第４実施形態に係る発光モジュール４は、上述した第３実施形態に係る発光モジュール３（図５Ａ〜Ｃ参照）に対し、端子部１６の本数及びパッケージ１０の形状が異なる。また、図７Ｂ〜Ｄに示すように、それぞれのＬＥＤチップ１４は、端子部１６の端部１６ａ（図７Ｃ参照）と、凹部１１ａで囲まれた領域に位置する絶縁部材４０（図７Ｄ参照）内に形成された中継端子部４１（図７Ｂ，Ｄ参照）とを介して電気的に接続されている。また、図７Ｄに示すように、ベース１１の周縁部には屈曲部１１ｅが設けられている。これにより、後述する発光装置４２（図８Ａ，Ｂ参照）に発光モジュール４を使用した際、ベース１１の周縁部と放熱体４３（図８Ａ，Ｂ参照）との密着性が向上する。なお、ベース１１の底面と屈曲部１１ｅの先端面との間のギャップＧ（図７Ｄ参照）は、例えば０．１〜０．２ｍｍの範囲である。その他の構成は、上述した第３実施形態に係る発光モジュール３と同様である。よって、第４実施形態に係る発光モジュール４によっても、第３実施形態に係る発光モジュール３と同様の効果を発揮することができる。
【００５１】
次に、上述した第４実施形態に係る発光モジュール４を発光装置に使用した例について図面を参照して説明する。参照する図８Ａ，Ｂは、第４実施形態に係る発光モジュール４を用いた発光装置の説明図であり、このうち、図８Ａは発光装置の上面図、図８Ｂは発光装置の側面図である。なお、図８Ａ，Ｂにおいて、図７Ａ〜Ｄと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
図８Ａ，Ｂに示すように、発光装置４２は、金属等からなる放熱体４３と、放熱体４３上にネジ４４により固定された発光モジュール４とを含む。また、上述したように、発光モジュール４のベース１１の周縁部には、屈曲部１１ｅ（図８Ｂ参照）が設けられているため、放熱体４３上に発光モジュール４をネジ止めする際、屈曲部１１ｅが撓むことによって、ベース１１の周縁部と放熱体４３との密着性が向上する。これにより、発光装置４２の放熱性が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の発光モジュールは、例えば、一般照明、演出照明（サイン灯等）、自動車用照明（特に前照灯）等に使用される照明装置や、街頭用大型ディスプレイ、バックライト、プロジェクタ等に使用される表示装置、あるいは殺菌装置、洗浄装置、消臭装置、露光装置、樹脂硬化用ランプ等に使用される光源（特に紫外光源）に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】Ａは本発明の第１実施形態に係る発光モジュールの上面図、ＢはＡに示す発光モジュールのキャップを外した状態の上面図、ＣはＡのI-I線断面図、ＤはＣに示す発光モジュールに使用されるＬＥＤチップ及び基台の拡大断面図である。
【図２】Ａ〜Ｇは、本発明の第１実施形態に係る発光モジュールの細部のバリエーションを示す拡大断面図であり、このうちＡ，Ｂは図１ＣのＸ部のバリエーションを示す拡大断面図、Ｃ，Ｄは図１ＣのＹ部のバリエーションを示す拡大断面図、Ｅ〜Ｇは図１ＣのＺ部のバリエーションを示す拡大断面図である。
【図３】Ａ〜Ｄは、本発明の第１実施形態に係る発光モジュールを用いた発光装置の説明図であり、このうち、Ａはソケットの上面図、Ｂはソケットの側面図、ＣはＡのソケットに第１実施形態に係る発光モジュールが差し込まれた状態の上面図、ＤはＢのソケットに第１実施形態に係る発光モジュールが差し込まれた状態の側面図である。
【図４】Ａは本発明の第２実施形態に係る発光モジュールの上面図、ＢはＡに示す発光モジュールのキャップを外した状態の上面図、ＣはＡのII-II線断面図である。
【図５】Ａは本発明の第３実施形態に係る発光モジュールの上面図、ＢはＡに示す発光モジュールのキャップを外した状態の上面図、ＣはＡのIII-III線断面図である。
【図６】Ａ〜Ｄは、本発明の第３実施形態に係る発光モジュールを用いた発光装置の説明図であり、このうち、Ａはソケットの上面図、ＢはＡのソケットに第３実施形態に係る発光モジュールが差し込まれた状態の上面図、ＣはＢの状態から更に押さえカバーを取り付けた状態を示す上面図、ＤはＣのIV-IV線断面図である。
【図７】Ａは本発明の第４実施形態に係る発光モジュールの上面図、ＢはＡに示す発光モジュールのキャップを外した状態の上面図、ＣはＡのV-V線断面図、ＤはＡのVI-VI線断面図である。
【図８】Ａ，Ｂは、本発明の第４実施形態に係る発光モジュールを用いた発光装置の説明図であり、このうち、Ａは発光装置の上面図、Ｂは発光装置の側面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１，２，３，４  発光モジュール
５      金属酸化物層
６      蛍光体層
７      第１光反射層
９，３０，４２  発光装置
１０    パッケージ
１１    ベース
１１ａ  凹部
１１ｂ  金属製支持部
１１ｃ  貫通孔
１１ｄ，４０  絶縁部材
１１ｅ  屈曲部
１２    キャップ
１２ａ  窓部
１２ｂ  フレーム部
１２ｃ  接続部材
１３    基台
１４    ＬＥＤチップ
１５    ワイヤ
１６    端子部
１６ａ  端部
１７    半田
１８，３１  ソケット
１８ａ  ガイド溝
１８ｂ，３１ａ  端子挿入部
１９    ケーブル
３１ｂ  位置規制ピン
３２    押さえカバー
４１    中継端子部
４３    放熱体
４４    ネジ
５０    半導体多層膜
５０ａ  ｎ型半導体層
５０ｂ  発光層
５０ｃ  ｐ型半導体層
５１    ｎ−ＧａＮ基板
５２    電極（第２光反射層）
５３    電極
５４    Ａｕバンプ
５５    給電端子
５６    Ｔｉ／Ａｕめっき膜
【図１】
2006269678.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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